高放废液水泥固化体性能提高及Cs固化机理

摘要

用水泥固化高放废液是目前国内外研究的重要课题,模拟高放废液全低温碱矿渣水泥固化水法工艺,与玻璃固化方法相比,水泥法原材料易得,固化工艺简单,固化成本低廉,因而具有良好的应用前景.针对在高放废液中由于Cs<'+>的高溶解度,扩散迁移能力强,掺加吸附辅助材料于碱矿渣水泥固化体中还不能有效地抑制Cs<'+>在固化体中的浸出,且水法工艺固化体强度偏低等问题,通过调整高放废液预处理,使游离Cs<'+>形成难溶的化合物或固溶体且使废液组成对固化体性能影响降低;改变成型工艺及沸石掺量,确定一条新的预处理与常温固化路线,使模拟高放废液在全低温工艺条件下被碱矿渣水泥固化.实验结果表明:模拟高放废液经NiSO<,4>和K<,4>[Fe(CN)<,6>]预处理,Ca(OH)<,2>中和碱化后,废物包容量为16％(以氧化物计),激发剂掺量按Na<,2>O为矿渣重量5％计(其中2％ Na<,2>O由NaOH提供,3％ Na<,2>O由Na<,2>SiO<,3>提供),加压成型的15％沸石掺量的碱矿渣水泥固化体具有较高的抗压强度,固化体Cs<'+>浸出率大幅度降低,其固化体性能可达到如下指标:在确定的固化工艺条件下,固化体25天抗压强度达80.6Mpa;固化体25℃(GB7023-86)42天Cs<'+>浸出率为8.4×10<'-7>cm·d<'-1>,90℃(MCC-1P)25天Cs<'+>浸出率为9.3×10<'-5>g·cm<'-2>·d<'-1>,且固化体具有良好的热稳定性和抗冲击性.采用XRD、SEM-EDS、DTA-TG、AAS等测试方法对固化体中Cs<'+>浸出行为进行研究,探讨Cs<'+>核素固化机理,确定固化体中Cs<'+>被持留的三种形式:1.Cs<'+>与NiSO<,4>、K<,4>[Fe(CN)<,6>]生成难溶固溶体Cs<,2>Ni[Fe(CN)<,6>]和Cs<,4>Ni<,4>[ Fe(CN)<,6>]<,3>而被固化体固封持留;2.Cs<'+>被沸石、水化产物及凝胶孔吸附持留;3.Cs<'+>进入水化产物晶格而被固溶持留.该文据此建立了Cs<'+>固化物理模型,进一步探讨了Cs<'+>固化机理.

目录

文摘

英文文摘

第一章文献综述

1.1核能利用的现状

1.2放射性废物处理和处置

1.2.1放射性废物处理和处置意义

1.2.2高放废物的来源和特性

1.2.3高放废液的处理方法

1.3高放废物水泥固化

1.3.1高放废物水泥固化的研究现状

1.3.2放射性废物碱矿渣水泥固化的理论基础

1.3.3无机离子交换剂在放射性废物水泥固化体中的应用

第二章研究思路及主要原料和实验方法

2.1高放废液水泥固化体性能指标

2.2研究思路

2.3实验原材料

2.3.1矿渣

2.3.2沸石

2.3.3激发剂

2.3.4模拟高放废液及其它试剂

2.4主要实验方法

2.4.1 Cs+交换静态实验

2.4.2水法固化的成型与养护

2.4.3固化体水泥浆体的凝结时间

2.4.4废物固化体核素离子浸出试验

2.4.5水化产物及微观结构的测定

2.4.6固化体的性能测定

第三章结果与讨论

3.1模拟高放废液的预处理

3.1.1废液的配制

3.1.2废液的脱硝及浓缩

3.1.3废液的中和碱化

3.2高放废液预处理中和碱化工艺调整

3.2.1对固化体凝结时间及抗压强度的影响

3.2.2对固化体Cs+浸出率的影响

3.2.3不同的中和碱化工艺对固化体中其它离子浸出的影响

3.3高放废液加入NiSO4和K4[Fe(CN)6]预处理的研究

3.3.1NiSO4和K4[Fe(CN)6]作为Cs+无机离子交换剂的研究

3.3.2高放废液加入NiSO4和K4[Fe(CN)6]预处理工艺的确定

3.3.3高放废液加入NiSO4和K4[Fe(CN)6]对固化体性能的影响

3.4提高固化体强度的研究

3.4.1沸石掺量及成型工艺调整对固化体强度的影响

3.4.2不同成型工艺对固化体浸出性能影响

3.5固化工艺确定

第四章碱矿渣水泥固化体中Cs+固化机理的研究

4.1固化体浸出行为的研究

4.1.1温度、时间对扩散系数Deff的影响

4.1.2固化体形态、大小对浸出性能的影响

4.2固化体中CS+浸出机理及CS+固化模型建立

4.2.1沸石对Cs+的吸附作用

4.2.2NiSO4和K4[Fe(CN)6]对固化体中Cs+的固溶作用

4.2.3 Cs+固化模型建立

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢